[HOW TO][ANFÄNGER] Logisches Gatter (Logic Gate)

  • Was ist ein logisches Gatter und wie ich es aufgebaut?! Hier findet ihr anhand von optischen Beispielen den Aufbau eines Logikgatter's. Die Schaltung zum testen, gibt es weiter unten.

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    Was ist ein Logikgatter?:


    Ein Logikgatter, auch nur Gatter, (engl. (logic) gate) ist eine Anordnung (heutzutage praktisch immer eine elektronische Schaltung) zur Realisierung einer booleschen Funktion, die binäre Eingangssignale zu einem binären Ausgangssignal verarbeitet. Die Eingangssignale werden durch Implementierung logischer Operatoren, wie der Konjunktion (Und-Gatter), der Disjunktion (Oder-Gatter), der Kontravalenz (Exklusiv-Oder-Gatter) oder der Negation (Nicht-Gatter) zu einem einzigen logischen Ergebnis umgewandelt und auf das Ausgangssignal abgebildet. Neben den genannten Gatterfunktionen sind auch die Entsprechungen mit negiertem Ausgang zu nennen: NAND-Gatter (Nicht-Und), NOR-Gatter (Nicht-Oder), XNOR-Gatter (Nicht-Exklusiv-Oder); deutsche Bezeichnungen der letztgenannten Gatter sind unüblich.

    Quelle: Wikipedia


    Was ist eine Boolesche Funktion (auch logische Funktion genannt)(oder auch ein boolescher Wert)?:

    Um es ohne wissenschaftlichen Kauderwelch auszudrücken.... Ein boolescher Wert bezeichnet einen Zustand der mit WAHR (1) oder FALSCH (0) ausgegeben wird. Aus mehreren WAHR oder FALSCH Kombinationen ergibt sich demnach immer wieder eine andere Art von Reaktion.

    Da jeder Schalter anderes reagiert, kann man dementsprechend durch verschiedene Kombinationen, verschiedene Schaltvorgänge erzielen.

    Nebenbei angemerkt, der boolesche Wert wird auch sehr oft in der Programmiersprache verwendet, und nennt sich dort entweder Boolesche Variable oder kurz ausgedrückt Boolean. Die booleschen Variablen wurden nach "George Boole" benannt und sind Elemente aus der booleschen Algebra bzw. booleschen Mathematik.


    Die Logikgatter:

    Folgende Schalter gibt es in Rust:

    - UND-Schalter,
    - ODER-Schalter
    - XOR-Schalter.

    Wobei die deutsche Übersetzung eigentlich nicht korrekt ist, da es Gatter sind, und keine Schalter.

    Hinzu kommen noch weitere "invertierte Gatter", welche es in Rust nicht gibt:

    - NUND-Gatter = NAND-Gatter
    - NODER-Gatter = NOR-Gatter
    - XNODER-Gatter = XNOR-Gatter

    Die Bezeichnungen für die invertierten Gatter dienen nur zur Veranschaulichung in der deutschen Sprache, um den Zusammenhang zwischen der deutschen Übersetzung in Rust, und den Aufbau der Gatter in der deutschen Sprache zu veranschaulichen.
    Normalerweise sind diese deutschen Übersetzungen
    nicht üblich.

    Um es mal überspitzt auszudrücken.... Es steht jedem "Schalter" (bzw. Gatter), welcher in Rust existiert, sein böser Zwillingsbruder gegenüber. ^^

    Das sieht dann folgendermaßen aus:

    UND vs. N(icht)-UND
    ODER vs. N(icht)-ODER

    XOR vs. XN(icht)-ODER

    Im Englischen also...

    AND vs. N(ot)AND

    OR vs. N(ot)OR

    XNOR vs. XN(ot)OR

    Das "X" beim XNOR-Schalter steht für EXklusiv.
    Das "N" vor den invertierten Gattern steht für NICHT

    Durch das umkehren der Ausgangssignale (die im Beispiel auf der Grafik zu sehen sind), welche am Ende an der Lampe ankommen, kann man die Schalter in Rust dazu bringen das Gegenteil von dem zu tun, wofür sie eigentlich ausgelegt sind. Also invertieren oder umkehren.
    Der Blocker dient hier als NICHT-Gatter, welcher das ausgehende Signal umkehrt.

    Erklärung der Grafik:


    In der Grafik sieht man jeweils zwei Schalter (Schalter A und B), welche Energie an die entsprechenden Gatter weiterleiten. Diese Schalter stellen quasi die Schaltzustände dar. Also Schaltzustand 1 = AN, und Schaltzustand 0 = AUS.
    Jeh nachdem welchen Schalter man AN oder AUS schaltet, geht die Lampe AN oder AUS.


    Das klingt kompliziert, ist es aber eigentlich nicht...
    :/

    Es setzt logisches und etwas vorrausschauendes Denken vorraus. Beispielhaft und Kurz ausgedrückt: Was passiert zB. mit Lampe 2 UND 3, wenn ich Schalter 1 ODER 2 betätige?! Mehr ist es im Grunde nicht. ;)

    Wer sich damit auseinandersetzen möchte, der fängt erstmal klein an, und baut zB. die oben gezeigten Schaltungen nach, und testet herum, welche Schaltung bei welcher Anwendung am sinnvollsten ist.




    Funfact am Rande:
    Der Song "1100101" von "Das Modul", stellt nicht wie gesungen, die Worte, "Ich liebe dich" dar, sondern simpel und einfach das kleine "e" im Alphabet . :D



    Hier ist der Link zur Online-Schaltung. Dort könnt ihr bisschen herumklicken um zu sehen wie das ganze funktioniert und reagiert:

    https://www.rustrician.io/?cir…6770f82728b6f1e2b71f494f3